简介:文章介绍了利用计算机、数据库等技术,面向业务科研需要,建立基于基数据的西藏地区多普勒天气雷达资料管理及共享服务系统的实现方法。关键词多普勒雷达;基数据;管理中图分类号TL822+.6文献标识码A文章编号1007-9599(2010)04-0000-02DesignandImplementationofInformationManagementandSharingSystemBasedonRawDataofTibetDopplerRadarLiChunyan,LiuYong,CiRenCuoMu(TibetMeteorologicalInformation&NetworkCenter,Lhasa850000)AbstractThispaperintroducestheuseofcomputers,databasetechnology,business-orientedresearchneedstoestablishbasicdataonTibetDopplerweatherradardatamanagementandsharingsystemrealization.KeywordsDopplerradar;Rawdata;Management一、引言新一代多普勒天气雷达(CINRAD)采用了目前世界上先进的雷达技术、计算机技术、数字信号处理以及图像处理等高新技术,具有全天候和高时空分辨率的探测能力,是监测跟踪中小尺度天气系统发生、发展、成熟、消亡过程的有效探测工具。对多普勒天气雷达资料的广泛应用可以大大加强对中小尺度天气系统的探测和预警能力,为开展短时灾害性天气系统及洪涝灾害的监测和预警、人工影响天气、中尺度数值预报奠定坚实基础。随着中国气象局“新一代天气雷达发展规划”的全面实施,西藏地区已相继建成了四部多普勒天气雷达,并逐步投入业务运行。建立有效收集、管理、使用多普勒天气雷达资料系统,实现资料的共享,是最大限度地发挥新型探测设备作用的关键。二、西藏地区多普勒天气雷达资料的管理及共享系统的实现(一)系统设计原则针对目前西藏地区多普勒天气雷达资料管理分散、无统一的数据管理系统、资料使用效率不高等问题,面向业务科研需要,设计合理的多普勒雷达资料管理策略,对资料进行有效的存储管理,并搭建资料管理和共享服务系统,通过网络将资料进行方便、快捷的共享。(二)数据管理策略多普勒天气雷达资料主要包括基数据(既雷达体扫文件,该数据含雷达反射因子Z、径向风速度V、谱宽W等信息,为二进制文件格式),还有基于基数据经过各种气象算法和数字图像处理生成的产品,如组合反射率因子(CR)、垂直液态水(VIL)、回波顶(ET)、谱宽剖面产品(SCS)等丰富的天气雷达二次产品。由于多普勒天气雷达基数据数据量大,一个站点一天数据约为2.9G,其衍生产品可达三十多种,如何对这些资料进行有效分类,并进行科学的存储及管理是本项目需解决的重要问题之一。针对多普勒雷达资料基数据文件大、数据产品种类多等特点,系统研究制定了针对西藏地区多普勒雷达资料的管理策略1.根据业务需要及该资料的特点,确定资料存储管理的重点为雷达基数据资料,因为该资料为雷达运行的基础资料,其中包含天气变化信息、雷达运行状况信息、雷达所在环境信息等,所有的衍生产品均是基于此数据;2.由于基数据为二进制数据格式,需要专业的软件才能读取其中的有用信息,为便于该资料的共享使用,系统开发后台资料处理系统,实时提取基数据中最重要的雷达反射因子Z、径向风速度V、谱宽W三种数据,并运用图形图像技术,形成直观的图像,在共享系统上共享应用;3.根据现有资料的传输情况,对业务要求传输的资料进行存储管理及共享;4.由于基数据量大,为便于存储,系统采用压缩技术,开发资料自动压缩处理模块,对基数据进行有效压缩后存储;5.为便于资料的共享使用,与相关自动站站点资料结合,提供按时间和按天气类型两种方式进行资料检索;6.为便于历史资料的使用,系统开发了针对下载后的雷达资料显示软件。(三)技术实现针对多普勒雷达资料特点,系统采用B/S(浏览器/服务器模式)和C/S(客户端/服务器模式)结合的方式开发,其中数据共享应用系统采用B/S方式开发,资料管理系统采用C/S方式开发。1.系统流程为便于资料管理,本系统按时间将资料分为实时资料和历史资料两部分进行管理。(1)实时资料库为近期雷达资料,库中含①实时雷达基数据既雷达体扫文件;②宽带网实时传输的五种数据图;③基数据初步分析的四种数据产品图像回波强度、谱宽、径向速度、无定证回波强度。(2)历史资料库为非实时库中所有的雷达基数据,采用压缩格式存储,以天为单位,全天数据一个压缩包。为便于使用,提供两种检索方式①按时间检索、下载;②按天气要素检索、下载(与相关自动站资料相结合)。下图为系统资料管理流程及结构图。图1.资料管理流程图2.系统开发技术方法系统开发主要分为三部分资料管理系统、资料共享应用系统、基数据图像显示软件三部分。(1)资料管理系统系统采用C++BUIDER6.0作为开发工具,结合MYSQL数据接口技术、WINZIP软件的命令行工具(WZZIP.EXE和WZUNZIP.EXE)、目录监控技术以及利用MICPAS3系统中西藏各县的经纬度数据,实现了全区多普勒天气雷达资料的自动处理和存储。主要有以下模块1)多普勒天气雷达资料的监控和接收模块。2)多普勒天气雷达基数据的显示处理模块。3)多普勒天气雷达基数据图像化处理模块。4)多普勒天气雷达基数据图像的地图叠加模块。5)多普勒天气雷达基数据图像的自动生成模块。6)多普勒雷达基数据及图形产品自动入库模块。7)雷达数据自动入库和维护。8)历史多普勒雷达基数据的压缩存贮模块。(2)资料共享应用系统该系统以B/S模式采用PHP、MYSQL等工具开发,实现对雷达资料的网络浏览、共享、查询及下载等功能。主要有以下模块1)数据关联模块。2)共享系统数据演示模块。3)资料查询及下载模块。(3)雷达基数据显示程序以Windows系统作为操作系统系统,采用C++BUIDER6.0作为开发系统。(四)系统主要实现的功能1.资料管理系统(1)实现对西藏地区多普勒雷达资料的自动收集、分类、入库,监控;(2)实时处理基数据资料,并生成四种雷达图像产品实时入库;(3)实现了对实时资料和历史资料的可控管理,既实时资料的保留时间可根据实际需要进行调节,调节范围在1-21天之间;(4)图像压缩质量可根据资料存储状况进行调整;(5)实现了对历史资料的自动按天压缩、存储、入库;(6)实现了对雷达站相关自动站资料的自动收集、入库。2.数据共享应用系统(1)对实时传输的5种整点图形资料的动画显示;(2)对实时传输基数据的4种分析图像产品的动画显示;(3)实时基数据的查看、下载;(4)实时库中5种整点图形资料的回放;(5)实时库中4种分析图像产品的回放。3.资料应用软件针对已下载解压后的多普勒雷达基数据文件,实现基数据文件的图形显示,包括单个基数据文件的图形显示和多个基数据文件的动画显示,显示包括多个要素(回波强度、径向速度、谱宽、无订正回波强度),多个显示范围(240公里、120公里、60公里、30公里),多个层次(九个层次)。(五)运行情况系统于2009年9月正式投入业务运行,系统运行稳定。经相关单位应用,在气象业务及科研中,发挥了较好的作用。三、结论(一)系统采用计算机、数据库等技术针对多普勒雷达资料特点,以C\S和B\S模式相结合方式开发建设系统。数据管理科学规范,易于管理和共享、应用,为面向全区雷达资料的广泛应用奠定了基础。(二)系统采用开放式网络环境、标准化协议以及通用系统开发工具,使系统具有良好的可移植性,易于实现和其他系统的互操作,有利于系统未来的发展。(三)应用界面友好用户只需要浏览器即可初步使用该资料,显示、浏览、查询、下载、使用方便,操作简单、明了。参考文献1高梅,张文华,接连淑,阮征等.基于气象信息共享系统的雷达资料网络数据库.气象科学.第30卷第1期2002年2月
简介:双凸极永磁电机的主要特点是结构简单,适合于自动化制造。与双凸极永磁电机设计有关,得到使定位转矩为零的充分条件。鉴于位置传感器的不精确和一种现存的无位置传感器方案的移相困难,提出了一种新的无位置传感器方案。仿真验证了新方案的精确性。实际可行性由一单片机系统初步证实。关键词双凸极;永磁电机;无位置传感器中图分类号TM3文献标识码A文章编号1007-9599(2010)04-0000-01DoublySalientPermanentMagnetMotorControlSchemeShengHaoqi(NingboPublicTransportVehicleDetectionCo.,Ltd.,Ningbo315000,China)AbstractThemaincharacteristicsofDoublySalientPermanentMagnetMotorissimplestructure,suitableforautomatedmanufacturing.Andthedoublysalientpermanentmagnetmotordesignisrelatedtopositioningaresufficientconditionsforzerotorque.Giventheimprecisepositionsensorandanon-existingprogramphaseshiftpositionsensorproblems,anewUnpositionsensorscheme.SimulationresultsshowtheaccuracyofthenewprogramPracticalfeasibilityandinitialconfirmedbyamicrocomputersystem.KeywordsDoublySalient;Permanentmagnetmotor;Unpositionsensor双凸极永磁电机采用高性能永磁体激磁,工作在双极性状态下,其能量转化率和绕组利用率较传统变磁阻电机要高,因此它具有较高的转矩密度,与相同功率等级的传统变磁阻电机相比,其体积较小。由于高性能永磁体的采用,双凸极永磁电机设计时绕组匝数与相同功率等级的变磁阻电机相比要少,加之采用集中绕组和体积的减小,绕阻端部长度亦较小,故此电机铜耗较传统变磁阻电机要小。在小功率应用范围内,由于铜耗在总损耗中占较大分量,与传统变磁阻电机相比较,双凸极永磁电机在效率上的改进尤为明显。如果控制的设计能使用一个精确的模型,那么利用线性反馈技术和预先计算好的最优的转矩分配函数,就能导致最优的动态性能。然而,使用精确模型意味着复杂的在线计算,或者是巨大的用来查询的表格,这些暂时都难以实现;而实际上模型的不精确性是不可避免的,从而不可避免的使性能变坏;还有实际的测量的不精确。然而可以采用一种完全不同的思路,即使用一个简化的模型,而其中的参数被自适应的实时的调整。总之,改善双凸极电机的动态性能的控制方法正在不断完善。一、位置传感器方案“两相导通”策略下,控制器的主要任务是根据当前的转子位置决定哪个两相组合导通。事实上,导通原则只是间接地依赖于转子位置,而直接地依赖于反电势。换句话说,即“总是选择线反电势较大的两相导通”。由于反电势难以获知,而它与转子位置有固定的联系,因此改由检测转子位置来决定触发信号。如果反电势与转子位置的关系已知,那么,这样的传感器装置(比如槽形光耦配合遮光盘)不难设计。此时,控制器的作用就像一个简单的译码器,它接收3路位置传感器信号,而产生6路逆变桥控制信号。二、无位置传感器方案(一)位置传感器的缺点使用位置传感器无疑是最简单的,同时也是可靠的。更为重要的是,它不存在起动困难。其缺点是控制器与电机的连线过多、传感器增加了系统的硬件成本、不能灵活地调整控制策略,以及在大极对数下对传感器的安装精度要求过高。为解决这个问题,可以通过无位置传感器方案来解决。(二)一种经典的无位置传感器方案这一方案的原理是检测关断相反电势的过零点;在过零点之后,电机再转过30度电角,即换流时刻。通过检测三相端电位即可检测关断相反电势的过零点。任何平顶宽度达到或超过120度电角的反电势都能够保证,在某相成为关断相期间,另外两相的反电势的幅值始终相等。事实上,对反电势的要求无需如此苛刻。确切地说,只需在关断相反电势的过零点位置,导通两相的反电势具有相等的幅值即可。换句话说,在关断相反电势过零点位置的两边,中心点电位可以偏离导通两相端电位的中点。这样并不会引起检测过零点位置的误差。把这一要求称为对反电势的最小约束1。可以证明,反电势波形的峰(谷)若左右对称如正弦波、等腰梯形波,即可满足上述要求。当然,中心点电位的偏离不能太大,那样的话,将产生多余的伪过零点。如果反电势满足最小约束,则在此过零点位置,同样满足两相的电感相等,因为此时两相绕组处于相同的磁路环境。因此,与反电势的情况相同,即使在其它位置“电感相等”的条件不能满足,也不会影响过零点判断的精度。可见,过零点的判断几乎不依赖于电机参数;换句话说,过零点判断在理论上几乎没有误差。这是这一方案最(或许也是唯一)迷人的地方。误差在“移相30度”时开始引入。事实上,根本无法实现移相,因为并不能测量角度。所能做的,是在检测到过零点之后延迟一段时间(这段时间内,估计电机转过30度电角),再实施换流。显然,延迟时间的长短依赖于当时的转速。由于电机在两个相邻的过零点之间转过60度电角,因此,延迟时间通常取前一个过零点到当前过零点的时间的一半。然而,这无疑使换流精度与动态响应成为矛盾。注意,不要误以为解决如何精确地转过30度电角是完善这一方案的关键。因为,如果能精确地转过30度电角,那么也能精确地转过60度电角,于是,可以从上一个换流点直接得到下一个换流点,而不需要再检测什么过零点。也就是说,到时候找到的是一个全新的方案,而不是对原方案的改进。因为电机静止时没有反电势,所以该方案存在起动困难。据作者所知,起动问题至今还没有成熟的、普遍适应的解决办法。在一些简单的场合,比如己知负载的大小和惯量,可以先由(任意)两相通电使转子定位,然后以开环调频的方式使电机按照既定的速度曲线起动。三、本文提出的无位置传感器方案鉴于上述方案将在“移相30度”时引入误差,作者提出了一种直接检测反电势交叉点的无位置传感器方案。必须承认,新方案虽然不需要移相,但将依赖于电机的参数。检测反电势的交叉点实质上是比较两相反电势的大小。显然,无法直接得到反电势然后比较它们。反电势的信息主要还是从相端电压获得。用Mierochip公司的PIC16F873单片机实现了新方案的最简模式。所谓最简模式,是直接比较相端电压,而不计电流的影响。这在轻载下不致引起太大的误差,仍可用来检验新方案的可行性。进一步补偿电流的影响须求助于DSP芯片(其中包括高速A/D转换),因为算法包含微分运算以及与之相联系的数字滤波。与上一方案比较,新方案的优点是理论上没有误差;缺点是多了电流测量环节。注意,在补偿电流在绕组电感上的感应电压时,无需知道所有转子位置上的电感值,而只需知道换流时刻对应的电感值即可(与上一方案同理)。这一点相当重要,因为不然的话,该方案根本不可行。参考文献1MicroSimCorporation,BrushlessDCMotorModel,MicroSimApplicationNotes.Version8.0June,1997,44-54